车载计算机工作原理
汽车似乎变得一年比一年复杂。现在的汽车上可能有多达50个微处理器。虽然这些微处理器会增大汽车的使用难度，但是有些微处理器实际上还是方便了汽车的维修。
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增加微处理器数目的原因包括：
车载计算机工作原理
需要对发动机进行精密控制以满足排放和燃油的经济性标准
高级诊断
简化汽车的制造和设计
减少汽车中的电线用量
新的安全功能
新的舒适性和方便性功能
在这篇文章里，我们将探讨上述每个因素对汽车的设计有何影响。
在制定排放法规之前，汽车制造商们还可以制造不带微处理器的汽车发动机。 但随着所制定的排放法规日趋严格，由于需要采用精确的控制方案来调节空气/燃料混合物，从而使催化转化器能去除废气中的大量污染物。（有关详细信息，请参见催化转化器工作原理。）
福特Ranger的计算机
与汽车上的其他组件相比，控制发动机的处理器数量最多，而发动机控制单元(ECU)则是多数发动机上功能最为强大的计算机。ECU采用闭环控制，这种控制方案通过监控系统的输出来控制系统的输入，从而管理发动机的排放和燃油经济性（以及很多其他参数）。通过从许多不同的传感器收集数据，ECU能了解从冷却液温度到废气中氧气含量的一切信息。它会利用这些数据执行每秒数百万次的计算，包括在表中查找值，计算长方程式的结果以确定最佳的点火正时以及喷油嘴的开启时间。ECU执行所有这些操作以确保实现最低排放量和最佳里程数。有关ECU操作的详细信息，请参见燃油喷射装置工作原理。
这个插头上的针脚是汽车全身的传感器和控制设备的接口。
现代的ECU可能含有32位、40MHz的处理器。可能您的PC中的处理器已达到500至1,000MHz，与之相比，汽车中的处理器可能算不上很快。不过请注意，汽车中的处理器运行的代码比PC上的代码效率高得多。普通ECU的代码仅占用不到1兆字节(MB)的内存。相比之下，您的计算机内可能存有至少两千兆字节(2G)的程序，这个数字是ECU内代码量的2,000倍。
处理器与多层电路板上的数百个其他部件一起组装在一个模块中。ECU内支持处理器的一些其他组件有：
模数转换器——这些设备用于读取汽车内的某些传感器（如氧传感器）的输出。氧传感器的输出为模拟电压，通常在0到1.1伏 (V) 之间。处理器仅能识别数字，所以模数转换器需将此电压转换为一个10位的数字。
高级数字输出——在许多新款汽车上，ECU需点燃火花塞，打开和关闭喷油嘴，打开和关闭冷却风扇。所有这些任务都需要数字输出。数字输出要么为开，要么为关，没有中间值。例如，当用于控制冷却风扇的输出为开时，它能向风扇继电器提供12伏的电压、0.5安培的电流，当它为关时，所提供电压为0伏。数字输出本身就如同一个继电器。处理器能够输出微量电能，从而为数字输出内的晶体管供电，这样晶体管就能为冷却风扇继电器提供比前者大很多的电能，而继电器又可以为冷却风扇提供更大的电能。
数模转换器——有时ECU必须提供模拟电压输出来驱动某些发动机部件。由于ECU上的处理器为数字设备，因此它需要一个能将数字转换为模拟电压的部件。
信号调节器——在某些情况下，读取输入或输出前需要对它们进行调节。例如，读取氧传感器电压的模数转换器可能已设置为读取0到5伏的信号，但氧传感器的输出信号在0到1.1伏之间。信号调节器是一个调节进出信号水平的电路。例如，如果我们应用了一个可以将来自氧传感器的电压放大至4倍的信号调节器，我们就会得到0到4.4伏的信号，这样模数转换器就能更为准确地读取此电压（有关详细信息，请参见模拟录音和数字录音工作原理）。
通讯芯片——这些芯片用于执行汽车上使用的各种通讯标准。汽车使用的标准有若干种，但有一种已开始成为主流的车内通讯标准，那就是CAN（控制器区域网络）。这种通讯标准允许的通讯速度高达每秒500千比特(Kbps)。与以前的标准相比，这一速度要快很多。这种速度正日益成为必需，原因是一些模块向总线传送数据的频率已达到每秒钟数百次。CAN总线使用两根电线进行通讯。
在下一节中，我们将了解通讯标准是如何使汽车设计和制造变得更为简单的。
使用通讯总线的另外一个好处在于，每个模块都能将故障信息传递给中央模块，而中央模块可以存储这些故障信息，并能将它们传递给非车载诊断工具。
丰田微型厢式车的诊断端口
这可以使技师更方便地诊断汽车故障，特别是间歇性故障，这种故障最令人恼火的是，您刚把汽车送去修理，这种故障就不出现了。
BATauto.com：技术信息页面列出了各家汽车制造商生产的ECU内存储的故障代码。有时，不通过诊断工具也能访问这些代码。例如，在某些汽车上，跨接诊断插头上的两个针脚，然后转动点火钥匙起动发动机后，“检查发动机”灯就会以一定方式闪烁，显示ECU中存储的故障代码数目。
我们来了解一下微处理器和通讯标准是如何使汽车制造变得更为简单的。
通讯标准的出现，使汽车设计和制造变得稍微简单了些。这种简化的一个典型例子就是汽车的组合仪表。
组合仪表用于收集和显示来自汽车各个零件的数据。这些数据中的大多数已经被车内其他一些模块使用。例如，ECU了解冷却液温度和发动机转速。变速器控制器可以了解车速。防抱死制动系统(ABS)控制器则了解ABS是否有问题。
所有这些模块都只是将这些数据发送至通讯总线。ECU会发出一个由报头和数据组成的信息包，每秒钟都会发出若干次。报头只是一个数字，用于标识包为速度读数还是温度读数，而信息包内的数据则是与相应速度或温度对应的数值。仪表板包含另外一个会查找某些信息包的模块，该模块在每次查找到信息包后，都会用新值更新相应的仪表或指示器。
大多数汽车制造商都是从供应商处购买装配完好的组合仪表，而供应商则会按照汽车制造商提供的规格来设计这些组合仪表。 不管是对汽车制造商还是对供应商来说，这都大大简化了仪表板的设计工作。
汽车制造商只需告诉供应商每个仪表应如何驱动，而无需告诉供应商：哪根电线用来提供速度信号，电压将在0-5伏之间变动，1.1伏对应约48.3公里/小时。他们只需提供一个数据包清单就可以了。因而，确保向通讯总线输出正确的数据是汽车制造商的事。
由供应商来设计仪表板会更为简单，因为供应商不需要知道任何详细信息，不需要知道速度信号是如何产生的或者信号来自何处。仪表板只需监视通讯总线并在收到新数据时更新仪表就行了。
应用了这些类型的通讯标准后，汽车制造商将部件的设计和制造工作外包出去就变得非常简单了。于是汽车制造商无需担心有关每个仪表或指示灯驱动方式的细节，而制造仪表板的供应商也无需担心信号来自何处的问题。
现在使用组合仪表的传感器比以前要少了。例如，传统的压力传感器包含这样的设备，该设备可以根据施加在其上的压力变化而输出不同的电压。通常，电压输出不是线性的，而会根据温度的变化而有所变化，而且电压较低，需要进行放大。
一些传感器制造商已能生产一种把所有电子设备以及一个微处理器集成在一起的智能传感器。利用此微处理器，传感器能读取电压，而且微处理器还可以利用温度补偿曲线来校准传感器，并可通过数字方式将压力输出到通讯总线。
这样，汽车制造商无需了解关于传感器的过多繁琐细节，并可减少模块中的处理压力，否则这些计算则需由模块执行。 因此，提供准确的读数，就是那些对传感器细节最为了解的供应商的事了。
智能传感器的另一优点在于，它可以减少通过通讯总线传输的数字信号所受的电噪声干扰。通过电线传输的模拟电压还能在经由某些电气部件时能从中获得额外的电压补给，甚至能从顶部电源线获得电压补给。
通讯总线和微处理器还通过多路复用技术促进了电路的简化。我们下面来仔细看一下它们是如何做到这一点的。
多路复用技术是一种能简化汽车内电路的技术。在以前的汽车内，每个开关的电线都会通往它们供电的设备。由于每年需要驾驶员控制的设备越来越多，利用多路复用技术来确保电路得到有效控制已成为必需。在多路复用系统内，至少包含一个微处理器的模块会将来自汽车某一区域的输入和输出合并起来。例如，车门上有很多控制装置的汽车可能就会配备一个驾驶员车门模块。一些汽车在车门上配有电动车窗控制装置、电动视镜控制装置、电动锁控制装置甚至电动座椅控制装置。要从车门上布好的系统中引出一大捆电线是不切实际的。因此采用驾驶员车门模块来监控所有这些开关。
配有许多开关的车门已变得越来越普遍。
下面是它的工作原理：如果驾驶员按下车窗开关，车门模块就会关闭为车窗电机供电的继电器。如果驾驶员按下调节乘客侧后视镜的开关，驾驶员车门模块就会向汽车的通讯总线发送一个数据包。此数据包会通知另一个模块为其中一个电动视镜电机提供电能。通过这种方式，从驾驶员车门发出的大多数信号都会并入组成通讯总线的两条电线中。
新型安全系统的开发也增加了汽车内微处理器的数目。我们将在下一节对这个问题进行讨论。
在过去的十年里，像ABS和安全气囊这样的安全系统已经成了常见的汽车配置。其他一些安全功能（如牵引力控制和稳定性控制系统）的应用也越来越普遍。上述每种系统的安装都会在汽车上增加一个新的模块，此模块会包含多个微处理器。将来，随着新安全系统的不断添加，整个汽车上将会配备越来越多的此类模块。
上述每种安全系统都需要更强大的处理能力，并且通常都会组装在其自己的电子模块中。但是，发展是永无止境的。在未来的几年内，我们的汽车内将会引入各种各样的新舒适性功能，每个这种功能都需要更多包含多个微处理器的电子模块。
看来真是无法估量以后汽车制造商会将多少项技术应用于汽车。所有这些电子功能的增加也是促使汽车制造商将汽车的系统电压由目前的14伏系统升级至42伏系统的原因之一。这将有助于提供这些模块所需的额外电能。
